工程流体力学练习题

1.简述水力光滑与水力粗糙管

流体在管作紊流流动时，用符号△表示管壁绝对粗糙度，δ0表示粘性底层的厚度，则当δ0＞△时，叫此时的管路为水力光滑管；当δ0＜△时，叫此时的管为水力粗糙管。

2.简述边界层厚度

物体壁面附近存在大的速度梯度的薄层称为边界层；通常，取壁面到沿壁面外法线上速度达到势流区速度的99％处的距离作为边界层的厚度，以δ表示。

3.简述量纲和谐原理

量纲和谐——只有量纲相同的物理量才能相加减，所以正确的物理关系式中各加和项的量纲必须是相同的，等式两边的量纲也必然是相同的

4.简述续介质假说

连续介质假说——将流体视为由连续分布的质点构成，流体质点的物理性质及其运动参量是空间坐标和时间的单值和连续可微函数。

5.简述何为水力当量直径

水力当量直径——非圆截面的流道计算阻力损失时以水力当量直径代替圆管直径，其值为4倍的流道截面积与湿周之比。

6.简述稳定流动与不稳定流动

在流场中流体质点通过空间点时所有的运动要素都不随时间改变，这种流动称为稳定流；反之，通过空间点处得流体质点运动要素的全部或部分要素随时间改变，这种流动叫不稳定流。

7.简述串联管路的水力特性

串联管路无中途分流和合流时，流量相等，阻力叠加。串联管路总水头损失等于串联各管段的水头损失之和，后一管段的流量等于前一管段流量减去前管段末端泄出的流量。

8.简述静压强的两个特性。

（1）静压强的方向是垂直受压面，并指向受压面。（2）任一点静压强的大小和受压面方向无关，或者说任一点各方向的静压强均相等。

9.简述什么是黏性?当温度变化时，气体和液体黏性如何变化? 为什么？

当流体部存在相对运动时，流体产生摩擦力阻碍相对运动的属性称为粘性；气体的粘性随温度的升高而升高；液体的粘性随温度的升高而降低；分子间的引力是形成液体粘性的主要原因。温度的升高，分子间距离增大，引力减小。分子作混乱运动时不同流层间动量交换是形成气体粘性的主要原因。温度的升高，混乱运动强烈，动量交换频繁，气体粘度越大

10. 画出下列曲面对应的压力体。

11. 分别画出下图中曲面A 、B 、C 对应的压力体。

12. 写出不可压缩粘性流体总流的能量方程式（无泵功和输出功），并说明各项

的物理意义。

2211221222w v p v p z z h g g g g ρρ++=+++

2

v 2g

——单位重量流体的动能 g p ρ——单位重量流体的压能

z ——单位重量流体的位能 w h ——单位重量流体的两断面间流动损失

13. 什么是流线？它有那些基本特性？

流场中某一瞬时一系列流体质点的流动方向线。一般流线是一条光滑曲线、不能相交和转折定常流动中，流线与迹线重合。

14. 简述何为流线，何为迹线。

流线：流场中某一瞬时，一系列流体质点的平均流动方向线。曲线上任意一点的切线方向与该点速度方向一致。

迹线：流场中一时间段某流体质点的运动轨迹。

15. 描述流动运动有哪两种方法，它们的区别是什么？

欧拉法，以流体空间点为研究对象； 拉格朗日法：以流体质点为研究对象

16. 什么是量纲？流体力学中的基本量纲有哪些？写出压强、加速度的量纲。 量纲是物理量单位的种类；

长度、时间、质量、温度；

压强ML -1T -2，加速度LT -2

17. 在量纲分析中，∏定理的容是什么？

如果一物理过程涉及n 个物理量，包含m 个基本量纲，则该过程一定可以用n 个物理量组成的n-m 个无量纲∏来描述。

18. 对于给定的管道，水力光滑管是否可以变为水力粗糙管？为什么？

可以。对给定管道，粘性底层的厚度随雷诺数变化。速度增大，Re 增大，粘性底层的厚度变小，水力光滑变为水力粗糙。

19. 流体在管流动的流动损失有哪两种？是如何产生的？计算公式如何？ 沿程损失；发生在缓变流动中，由于流体的粘性摩擦：

g

v d l h f 22λ=

局部损失；发生在急变流动中，由于流体的碰撞、速度调整、产生漩涡：

g v h j 22ς=

20. 尼古拉兹试验曲线中，流体的流动可以分为几个区域？各区的沿程损失系数

有何特点？

五个

层流区 λ=f(Re)

过渡区 不稳定，实验点分散 λ=f(Re)

紊流光滑管区 λ=f(Re)

紊流粗糙管过渡区 λ=f(Re ，ε/d)

紊流粗糙管平方阻力区 λ=f(ε/d)

21. 证明：层流时沿程能量损失h f 与管流体的平均流速v 的一次方成正比。

g

v d l d g v d l vd g v d l g v d l h f 2642642Re 642222ρμνλ====

22. 流体在圆管层流流动，速度分布、切应力分布有何特点？（画图并说明）

切应力线性分布，管道中心最小，为零。

速度抛物线分布，管道中心最大，平均流速是最大流速的一半

23. 当流动处于紊流粗糙管区时，雷诺数增大，沿程阻力系数是否增大，沿程阻

力损失是否增大？为什么？

雷诺数增大，沿程阻力系数不增大，只与相对粗糙度有关。

沿程阻力损失增大。雷诺数增大，速度增大。由于

g

v d l h f 22λ=。

24. 画出下列曲面所对应的压力体，并标曲面所受垂直分力的方向。

25.在管流动中，什么是局部损失？常见的发生局部损失的部位有哪些？如何减

小局部损失？

发生在急变流中的，由于流体碰撞，旋涡速度调整造成的损失。

管道进出口，弯管，管道突然扩大突然缩小处，分流合流处；阀门、表计等局部部件处。

改善进口条件，流线型入口；渐缩渐扩；导流板；减小分流合流角；合理布置管道附件。

26.两恒定流流动相似应满足哪些条件？

应满足几何相似，动力相似，运动相似及初始条件、边界条件相似。

27.什么是流体的连续介质模型？它在流体力学中有何作用？

把流体当做是由密集质点构成的，部无间隙的连续体来研究，就是连续介质模型，可以用连续函数的解析方法来研究流体的平衡和运动规律，为流体力学的研究提供了很大的方便。

28.流体的温度膨胀性是什么？

答：由温度膨胀系数βt表示。βt是指单位温度升高值（1℃）所引起的流体体积变化率。

29.简述粘性力（粘性摩擦力）产生的原因。

答：粘性阻力是由分子间的相互吸引力和分子不规则运动的动量交换产生的阻力组合而成。分子间吸引力产生的阻力、分子不规则运动的动量交换产生的阻力。